Kāpēc cilvēka metienu precizitāti nosaka fizika, nevis biomehānika

Šeit ir vienkāršs jautājums. Iedomājieties, ka jūs iemetat bumbu tvertnē. Vai labāk izmantot paduses vai paduses metienu?

Izrādās, ka šis jautājums ir bijis pārsteidzoši grūti saprotams gan fiziķiem, gan biomehāniķiem. Tomēr šodien Madhusudhan Venkadesan un Lakshminarayanan Mahadevan no Hārvardas universitātes Lietišķās matemātikas laboratorijas sniedz papildu informāciju par problēmu.

Grūtības ir problēmas sarežģītībā. Roka, plecs un plaukstas locītava veido daudzu locītavu sistēmu, kas pieļauj daudzas variācijas metiena stilā. Turklāt parametrus, kas saistīti ar mešanu, ir grūti salīdzināt. Piemēram, 5 procentu kļūda mešanas leņķī nav viegli salīdzināma ar 5 procentu kļūdu mešanas ātrumā, jo šiem daudzumiem ir dažādi izmēri. Tas ir tāpat kā ābolu un banānu salīdzināšana.

Venkadesanam un Mahadevanam ir glīts veids, kā tikt galā ar šo mīklu. Pirmkārt, viņi ņem vērā tikai visvienkāršāko mešanas modeli: roku, kas sastāv no sviras, kas pagriezta pie pleca, kas var mest padusē vai padusē. Šos metienus var raksturot ar diviem parametriem: šūpošanās leņķisko ātrumu un rokas leņķi atlaižot. Otrkārt, viņi ievieš dabiskā garuma skalu, ko sauc par rokas garumu, un izmanto to, lai veiktu palaišanas leņķa un ātruma analīzi bez dimensijas.

Tādā veidā viņiem ir vienkāršs modelis, kurā var viegli salīdzināt palaišanas parametru kļūdas.

Tas, ko viņi atrod, ir ziņkārīgs.

Jebkurš metiens radīs nelielas kļūdas palaišanas leņķī un ātrumā. Jautājums, ko uzdod Venkadesans un Mahadevans, ir tas, kā dažādas trajektorijas pastiprina šīs kļūdas pēc palaišanas.

Interesantākais rezultāts ir tas, ka ir skaidrs kompromiss starp ātrumu un precizitāti: lēnāki metieni ir labāki. Tas saskanēs ar vairuma cilvēku metienu pieredzi, kā arī ar izmērīto datu kalnu, kas jau pastāv par šo tēmu. Tomēr līdz šim valda vienprātība, ka lēnāki metieni ir precīzāki mūsu ķermeņa ierobežojumu dēļ. Domājams, ka muskuļu sniegums ir skaļāks pie lielāka spēka, un tas samazina ātrāku metienu precizitāti.

Tāpēc Venkadesana un Mahadevana rezultāts būs pārsteigums, jo kompromiss starp precizitāti un ātrumu pilnībā izriet no tā, kā trajektorija pastiprina kļūdas — tajā nav iekļauta muskuļu uzvedība. Rezultāts ir tīri no fizikas, nevis bioloģijas.

Venkadesanam un Mahadevanam ir vēl viens interesants rezultāts, proti, kad runa ir par ātrākiem metieniem, virsroku darbība ir acīmredzami precīzāka. Tas arī atbilst daudzu cilvēku pieredzei, taču tam atkal ir maz sakara ar biomehāniku. Rezultāts ir tikai veids, kā dažādas trajektorijas pastiprina kļūdas.

Darbs piedāvā dažas potenciāli atalgojošas iespējas sporta zinātniekiem, lai izpētītu metienu precizitāti sarežģītākos modeļos, kas labāk atveido cilvēka mešanas darbības mehāniku. To būs interesanti skatīties.

Pa to laiku Venkadesans un Mahadevans norāda, ka cilvēka vispārējā priekšroka mešanai virs rokas var nebūt nejaušība. Tie rada intriģējošu iespēju, ka iemesls, kādēļ mēs tik labi mākam uz rokām, salīdzinot ar citiem dzīvniekiem, ir tas, ka evolūcijas process ir izvēlējies mūsu ķermeņa formu tā, lai tā vislabāk izmantotu iesaistīto fiziku. Domājams, ka no labākiem metējiem kļūst labāki mednieki, kuriem ir lielāka iespēja izdzīvot. Laba ideja!

Atsauce: arxiv.org/abs/1008.1442 : Optimālas stratēģijas precīzai mešanai

paslēpties